JPH02209753A - 半導体装置の多層配線の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の多層配線の形成方法に係わり、
特に下層Ａ１配線層によって生ずる段差を緩和するため
層間絶縁膜を平坦に形成し、この層間絶縁膜上に上層Ａ
１配線層を形成して多層配線を形成する方法に関する。

３、発明の詳細な説明 〔従来の技術〕 従来の半導体装置、例えばバイポーラ集積回路。

ＭＯ３集積回路では、高集積密度化のため多層配線が施
されている。このような半導体装置の製造の従来例にお
いては、ウェハに下層のＡｌ配線層を形成し、この配線
層上にプラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜であるＳ　ｉ
Ｏ２膜を形成し、次いでドライエツチングによりスルー
ホール開孔処理を行った後、上層のＡｌ配線層を形成す
ることにより多層配線を実現していた。

しかしながら、上記従来の製造方法では、下層Ａｌ配線
層は、基板のＡｌ配線が施されていない部分に対して段
差形状となる。従って、層間絶縁膜を介して上層のＡｌ
配線層にもこの段差形状が転写される。するとこの段差
部に応して上層のＡｌ配線層の厚みが薄くなる部分が生
じ、その結果Ａｌ配線の断線が生ずる虞が在った。

そこで、段差の溝内に絶縁膜を埋込んで層間絶縁膜を平
坦化することによりこのような問題を解決する必要があ
った。

ところで、この平坦化を行う際、基板及びＡｌ配線層に
損傷を与えない必要があるため、低温下で層間絶縁膜を
形成できるものでなければ成らない。

このような平坦化技術に塗布製膜法（ＳＯＣ法）と称さ
れるものが存在する。

そこで、段差部がこのＳＯＣ法によって平坦化された層
間絶縁膜を有する半導体装置の断面構成図を第２図に示
して説明する。

下層Ａｌ配線層２を有するＳｉ基板１表面には、プラズ
マＣＶＤ法によりプラズマ５ｉＯｚ膜３が形成されてい
る。

このプラズマ５ｉＣｈ膜３には、下層Ａｌ配線層２の段
差形状が転写されているので、溶剤に溶かした無機系Ｓ
ｉ化合物（主成分、シラノール。

Ｓｉ　（ＯＨ）　ａ　）をプラズマ５ｉＣｈ膜３上にス
ピンオンし、窒素ガス雰囲気下でこのウェハを低温加熱
して、溶剤を蒸発させると共にシラノールを分解させて
、Ｓｉｎ、の膜（ＳＯＣ膜）３１を形成させる。

Ｓｉ化合物溶液をスピンオンする際、このＳｉ化合物は
下層段差部の溝内に侵入するため、基板表面に形成され
た段差を緩和して平坦な層間絶縁膜を形成することがで
きる。その結果、ＳＯＧ膜３１表面に形成されるべきプ
ラズマ５ｉＯｚ膜５を平坦にすることができるため、上
層のＡｌ配線層７の断線等の問題を避けることが可能と
なる。

また、低温下で層間絶縁膜を形成できるため、基板及び
Ａｌ配線層に対する損傷を避けることができる。

一方、最近ＬＳＩ配線構造が複雑になっていることから
、下層Ａｌ配線層の形成を原因とする段差が険しくなり
、段差の大きさ、即ちＡｌ配線層の高さが１μｍ越える
程度にまで達することもある。そこで、上記ＳＯＧ膜を
厚く形成してこのような険しい段差を平坦にすることが
必要となって来る。

しかしながら、ＳＯＣ法では無機系Ｓｉ化合物溶液を用
いており、険しい段差を平坦化するためＳＯＧ膜の厚膜
化が進むと加熱の際に溶剤が蒸発してＳＯＧ膜の体積変
化（凝固）が生ずるため、ＳＯＧ膜のエツジ部にクラン
ク３０が生じて半導体装置の電気的特性の著しい劣化を
生ずることになる。勢い、このようなりラックの発生を
避けようとすると、眉間絶縁膜の平坦化程度が小さいも
のとならざるをえない。

このため、クランクを発生することなく　ＳＯＣ法によ
って緩和できる段差は、４０００人程度が限度であるこ
とが知られていた。

そこで、このような険しい段差が存在しても、クランク
を発生することなく眉間絶縁膜の平坦化を行うことがで
きる従来例として、有機系Ｓｉ化合物である。テトラエ
トキシシラン（以下、ＴＥ０１、と称する）−０３から
成るガス系をソースガスとして用い、常圧、低温下のＣ
ＶＤによる製膜反応を行い、分解の結果生ずるＳｉＯ□
により層間絶縁膜の埋め込み平坦化を行う従来例が存在
する（例えば、セミコンニューズ、１９８８．Ｉ）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、有機系Ｓｉ化合物を用いて層間絶膜を平
坦化する従来例では、この有機系Ｓｉ化合物製造の際に
混入する有機系不純物又は該有機系Ｓｉ化合物が酸化又
は分解して５ｉＯｚ膜（層間絶縁膜）を形成する際に発
生する有機系分解物がＡｌ配線間の層間絶縁膜中に混在
し、この有機系混在物によって半導体装置の電気的特性
を変動。

劣化させると云う未解決の課題が残っていた。

そこで、この発明は、層間絶縁膜を平坦化して多層配線
を形成する方法において、配線層間絶縁膜中の有機系混
在物による影響を無くすことにより、半導体装置特性の
変動、劣化を来すことなく多層配線を形成可能な、半導
体装置の多層配線の形成方法を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を解決するために、この出願に係る発明は、下
層Ａｌ配線層上に、この下層Ａｌ配線層の段差を緩和し
て表面が平坦な層間絶縁膜を形成し、この眉間絶縁膜上
に上層Ａｌ配線層を形成する半導体装置の多層配線の形
成方法において、前記下層Ａｌ配線層上にプラズマＣＶ
Ｄ絶縁膜を形成する第一工程と、当該第一工程のプラズ
マＣＶＤ絶縁膜上に、有機系Ｓｉ化合物をソースガスと
して用いるＣＶＤにより１．絶縁膜を形成する第二工程
と、当該第二工程の絶縁膜上にプラズマＣＶＤ絶縁膜を
形成する第三工程と、を備えてなり、第一工程及び第三
工程のプラズマＣＶＤ絶縁膜と第二工程の絶縁膜とによ
り前記層間絶縁膜を形成することを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

本発明の第二工程において有機Ｓｉ化合物から形成する
絶縁膜は、第一工程で形成するプラズマＣＶＤ絶縁膜と
第三工程で形成するプラズマＣＶ絶縁膜との間に挟まれ
た構造となる。

第一工程。第三工程で形成されるプラズマＣＶＤ絶縁膜
は、第二工程の絶縁膜中に混入する虞のある有機物に対
して障壁層として作用するため、第二工程で形成される
絶縁膜に含まれる有機物による影響を除去することがで
きる。従って、半導体装置特性の変動、劣化を来すこと
なく、配線層間絶縁膜を平坦化して多層配線を形成する
ことができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面に基づいて詳説する。

第１図はその一実施例に係る多層配線の形成方法を示す
、断面構成図であり、第３図は、本発明の第一工程及び
第三工程を実施する為のプラズマＣＶＤ絶縁膜を形成す
る枚葉式プラズマＣＶＤ装置の断面構成図であり、第４
図は、本発明の第二工程を実施するための有機系Ｓｉ化
合物であるＴＥ０１　（前出）から５ｉｎ２膜を形成す
る連続式常圧ＣＶＤ装置の構成図である。

先ず第１図（］）の工程について説明すると、１はＳｉ
基板を示し、２は所定のパターンにしたがいＳｉ基板１
上に形成された下層Ａｌ配線層を示す。

この下層Ａｌ配線層２は間隔１．３５μｍ、高さ１゜１
μｍ、幅１．３５μｍに形成されている。

次に（２）の工程に移行し、（１）のウェハを第３図に
示す枚葉式プラズマＣＶＤ装置に配置し、ウェハ表面に
絶縁膜である。プラズマ５ｉＯｚ膜３を形成する。

ここで第３図に示ず枚葉式プラズマＣＶＤ装置について
説明すると、２１は上部電極、２２はこの上部電極に対
向して配置された下部電極を示す。

この上部電極２１の下部電極２２側は、細孔が形成され
ており、図示しないガス源から、ソースガス（モノシラ
ンと亜酸化窒素）とキアリアガス（窒素）２５とがガス
供給部２４を介して細孔を通過し、下部電極２２上に載
置された。第１図（１）のウェハ２３に達する。

そして、２６は上部電極または下部電極を絶縁する絶縁
体、２７はガス排出部、２８は下部電極に隣設されたヒ
ータを示す。

上部電極２１には、図示しないＲＦ電源が接続されてお
り、上部電極２１と下部電極２２との間でプラズマを発
生させて、第１図（１）で示すウニへの表面にプラズマ
５ｉＯｚ膜３を形成する。

第３図のＣＶＤ装置の稼動の初期条件は次のようである
。

ヒータ２８による加熱温度を２００〜３８０°Ｃとし、
装置内圧力をＯ，１〜１０ＴＯｒ　ｒ＠後とし、発振周
波数を１３．５６ＭＨｚとする。

次いで下部電極２２上に第１図（１）の９．エバを載置
し、電源の大きさ２〜３ＫＷとし、図示しないガス源か
ら、ソースガスとキアリアガスとを装置内に供給する。

このようにして、２０００〜３０００人のプラズマＳｉ
ｎ、膜３を形成する。

（２）の工程において、プラズマＣＶＤを用いて絶縁膜
を形成したのは、Ａｌ配線層２に対する損傷を避けるた
めに、低温条件（３８０”Ｃ以下）での成膜を可能にす
るためである。

（３）の工程に移行し、（２）の工程を経た複数のウェ
ハを第４図に示す連続式常圧ＣＶＤ装置のベルト上にｉ
１２置して、前記プラズマ５ｉＯ７膜３上にＴＥ　ＯＳ
　　Ｓ　ｉＯｚ膜（ＴＥ０１の分解反応によって形成さ
れる５ｉｎ２膜）４を形成する。

このＴＥ０１−３ｉＯ□膜４は絶縁膜であると共に、下
層Ａｌ配線２同士の間に存在する溝に埋めこまれて、下
層Ａｌ配線層２によって生じた段差を緩和して、プラズ
マＳｉ０ｇ膜３，５及びＴＥ０１−３ｉｎ２膜４から形
成なる層間絶縁膜を平坦化するものである。

Ｔ　Ｅ　ＯＳ　　Ｓ　ｉＯｚ膜４の形成方法の具体的内
容について説明する。

第４図の常圧ＣＶＤ装置に導入されるソースガスとして
は、前出のＴＥ０１及びオゾンを用いる。

ＴＥ０１は蒸気圧が低い気体状の有機Ｓｉ化合物である
ので、ＣＶＤ装置への導入に際しては数１０°Ｃの加熱
を行い窒素によるバブリングを必要とする。

一方オシンはＴＥ０１の酸化５分解を促進してＳｉｎｇ
を形成するために反応ガス中に添加されるものであり、
反応ガス中に１８０００ｐｐｍ含有される。オゾンの導
入については、放電を利用して、酸素の分解を行う。

この常圧ＣＶＤに際しては、オゾンがＴＥ０１の分解を
促進するため、低温（３５０”Ｃ）下においても大きな
成長速度（成膜温度３８０°Ｃ前後において１００〜５
０００人／分で制御可能）でＴＥ０１　５ｉＣｈ膜４の
形成が可能になる。従って、Ａ１配線層２に損傷を与え
る虞がない。

前記第２図で説明したように、従来のＳＯＧ膜３Ｉは、
シラノールの溶液が凝固する過程で形成されているため
、凝固収縮によりＳＯＧ膜にクランク３０が発生ずる。

これに対し、本実施例において形成されるＴＥ０１−３
ｉＯ□膜４は、ＴＥＯＳガスから形成されるため、上記
したように凝固の際の収縮の影響がない結果、ＴＥ０１
−３ｉＯ□膜４を厚く形成してもクランク発生の問題が
なく、険しい段差を緩和して眉間絶縁膜を平坦化できる
。

Ｔ　Ｅ　ＯＳ　　Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜４を高さ２．０　ａ　
ｍ程度に形成した後、ウェハを第４図に示される常圧Ｃ
ＶＤ装置から取り出しく４）の工程に移行する。

（４）の工程では、（２）の工程と同様な手法によりＴ
Ｅ　ＯＳ　　Ｓ　ｉ　Ｏｚ　Ｊｌ！　４上に絶縁膜であ
るプラズマＳ　ｉ　Ｏｚ膜５を形成する。このプラズマ
ＳｉＯ□膜５．ＴＥＯ３−３ｉＯ□膜４とプラズマＳｉ
Ｏ□膜３によって下層Ａｌ配線層２と上層Ａｌ配線層５
との間に層間絶縁膜が形成される。

プラズマＳｉＯ□膜５の形成により、’Ｔ’　Ｅ　Ｏ５
ＳｉＯ□膜４はプラズマＳ　ｌ　Ｏｚ膜３とプラズマＳ
　ｒ　Ｏｚ膜５との間に挟まれた構造となる。

第４図の常圧ＣＶＤ装置に導入されるガス中にはＴＥＯ
３製造の際に混入した有機物が存在し、またＴＥ０１が
オゾンにより酸化１分解されてＳｉＯ□膜に変化する際
、有機物が発生する。このような有機物によってＴ　Ｅ
　ＯＳ　　Ｓ　ｉ　Ｏｚ膜４が汚染されると、半導体装
置の特性、例えば絶縁特性が劣化、変動する。

しかしながら、ＴＥ０１−３ｉＯ□膜４はプラズマＳｉ
ｎ、膜３とプラズマ５ｉＯ７膜５との間に挟まれた構造
となっているため、プラズマ５ｉ０２膜３，５がＴＥ０
１−３ｉＯ□膜４に含まれる有機物に対する障壁層とし
て作用して、有ｍ混在物による影響を除去することがで
きる。よって、ＴＥ０１とオゾンからなるガス系の常圧
下での成膜反応を用いて眉間絶縁ｎりの平坦化を行って
多層配線を形成しても、半導体装置の電気的特性の変動
、劣化を避けることが可能となる。

次いで（５）の工程に移行し、レジスト６を上層Ａ１層
の形成パターンに応じてプラズマＣＶＤ上に塗布し、レ
ジスト６を用いた写真蝕刻法によってコンタクト域内の
眉間絶縁膜を除去して、１．０μｍのスルーホールを形
成する。

そして、（６）の工程に移行し、レジスト６を除去した
後、真空中でスパッタリング法により、ウェハ全表面に
Ａｌ膜を被着させる。このあとレジストによる写真蝕刻
法を使用して、上層Ａ１配線層７を形成して、レジスト
をマスクにして、不用部分をドライエツチングより除去
する。

次いで、レジストを除去した後、約３８０　’Ｃに加熱
して、下層Ａｌ配線層２と上層Ａｌ配線層７との電気的
接続を良好にさせて、多層配線形成のためのプロセスを
終了する。

上記実施例において、有ＮＳｉ化合物としてはＴＥ０１
を用いているが、これに限定されることなく、ガス化で
きそして酸化又は分解等により絶縁膜を形成できる他の
有機Ｓｉ化合物を使用することもできる。このような有
機Ｓｉ化合物としては、例えば、ＤＡＤＢＳ　（Ｄ　ｉ
Ａｃ　ｅ　Ｌ　ｏ　ｘ　ｙＤｉｔｅｒｔｉａｒｙＢｕｔ
ｏｘｙＳｉｌａｎｅ）。

ＴＥ０１のエトキシ基を他のアルコキシ基またはアセト
キシ基で置換したもの等を用いることができる。

また上記実施例では、オゾンを使用して有機Ｓｉ化合物
を酸化１分解しているが、オゾンに限らず有機Ｓｔ化合
物を酸化２分解してＳｉＯ□膜を形成できる他のガスを
使用することができ、例えば、酸素を用いることも可能
である。しかし、酸素を用いる場合は常圧ＣＶＤでは成
膜速度が遅いため減圧ＣＶＤが行われるが、Ａｌ配線層
の損傷を避けるため、成膜温度を低く選定することが必
要となる。

また、上記実施例では２層配線構造について説明したが
、第１図（６）の工程の後に（２）〜（６）の工程を繰
り返すことによって、さらに多層配線構造の場合にも本
発明を適用することができる。

また、本発明の第二工程で常圧ＣＶＤを用いているが、
これに限定されることなくプラズマＣＶＤを用いること
も可能である。但し、プラズマＣＶＤは、基板に損傷を
与えるため、有機Ｓｉ化合物を酸化２分解可能な活性な
ガスを併用して常圧ＣＶＤ法を用いることが望ましい。

また、本発明はプラズマＣＶＤ膜に挟まれた層間絶縁膜
が有機Ｓｉ化合物から５ｉｎ２を形成できるものに広く
適用することができる。

さらに、上記実施例の数値はいずれも一例に過ぎず、こ
れに限定されることなく他の数値を選択することも可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る半導体装置の多層配線
の形成方法によれば、第一工程、第三工程で形成される
プラズマ絶縁膜は、第二工程の絶縁膜中に混入する虞の
ある有機物に対して障壁層となるため、第二工程で形成
される絶縁膜に含まれる有機物による影響を除去するこ
とができる。

従って、半導体装置特性の変動、劣化を来すことなく多
層配線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る多層配線の形成方法を
示す、断面構成図、第２図は従来の平坦化された眉間絶
縁膜を有する半導体装置の断面構成図、第３図は本発明
の第一、第三工程を実施するためのプラズマＣＶＤ絶縁
膜を形成する枚葉式プラズマＣＶＤ装置の断面構成図、
第４図は本発明の第二工程を実施するための連続式常圧
ＣＶＤ装置の断面構成図である。 図中、１はＳｉ基板、２は下層Ａｌ配線層、３゜５はプ
ラズマＣＶＤ膜、４はＴＥ０１−３ｉＯ□膜、６はレジ
スト、７は上層Ａｌ配線層を示す。 ３０−　フラ・り ３１・−５ＯＧ１天 第４Ｎ コ゛ス （・、 ワニハ　　アレード 、・・Ｓｉ％叛 ２・−下層ＡｌＭｌ−斃・瞥 ３　°フ′ラスヱ５ｉ０２Ｒ莫 ４・・−ＴＥ０１−５ｉＯ２彌 ５・・・フ゛ヲス？５ｉ０２月菓 ６−　レレース譬 ７　・・止二／１ｊＡＪ二こ、＊１ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下層Ａｌ配線層上に、この下層Ａｌ配線層の段差
   を緩和して表面が平坦な層間絶縁膜を形成し、この層間
   絶縁膜上に上層Ａｌ配線層を形成する半導体装置の多層
   配線の形成方法において、 前記下層Ａｌ配線層上にプラズマＣＶＤ絶縁膜を形成す
   る第一工程と、 当該第一工程のプラズマＣＶＤ絶縁膜上に、有機系Ｓｉ
   化合物をソースガスとして用いるＣＶＤにより、絶縁膜
   を形成する第二工程と、 当該第二工程の絶縁膜上にプラズマＣＶＤ絶縁膜を形成
   する第三工程と、 を備えてなり、第一工程及び第三工程のプラズマＣＶＤ
   絶縁膜と第二工程の絶縁膜とにより前記層間絶縁膜を形
   成することを特徴とする半導体装置の多層配線の形成方
   法。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の多層配線の形成方法に係わり、
   特に下層Ａｌ配線層によって生ずる段差を緩和するため
   層間絶縁膜を平坦に形成し、この層間絶縁膜上に上層Ａ
   ｌ配線層を形成して多層配線を形成する方法に関する。